Termochemická nanolitografie - Thermochemical nanolithography

Termochemická nanolitografie (TCNL) nebo termochemická skenovací litografie (tc-SPL) je a mikroskopie skenovací sondy -na základě nanolitografie technika, která spouští tepelně aktivovaný chemické reakce změnit chemickou látku funkčnost nebo fáze z povrchy. Chemické změny lze zapsat velmi rychle pomocí rychlého skenování sondy, protože z hrotu na povrch se nepřenáší žádná hmota a rychlost zápisu je omezena pouze rychlostí přenosu tepla[Citace je zapotřebí ]. TCNL vynalezla v roce 2007 skupina na Georgia Institute of Technology.[1] Riedo a spolupracovníci prokázali, že TCNL může produkovat lokální chemické změny s velikostí funkcí do 12 nm při rychlostech skenování až 1 mm / s.[1]

TCNL byl použit v roce 2013 k vytvoření repliky v nanoměřítku Mona Lisa "natřeno" různými teplotami hrotu sondy. Volal Mini Lisa, portrét měřil 30 mikrometrů (0,0012 palce), což je zhruba 1/25 000 velikosti originálu.[2][3]

Technika

The AFM tepelné konzoly se obvykle vyrábějí z křemíkových destiček za použití tradičních hromadně a povrch mikroobráběcí procesy. Prostřednictvím aplikace elektrického proud přes jeho vysoce dopovaný křemík křídla, odporové topení dochází v oblasti lehkého dopingu kolem špičky sondy, kde je rozptýlena největší část tepla. Špička je díky svému malému objemu schopna velmi rychle změnit teplotu; průměrný tip v kontaktu s polykarbonát má časovou konstantu 0,35 ms.[Citace je zapotřebí ] Hroty lze cyklovat mezi teplotou okolí a 1100 ° C až do 10 MHz[Citace je zapotřebí ] zatímco vzdálenost špičky od povrchu a teplotu špičky lze řídit nezávisle.

Aplikace

Byly spuštěny tepelně aktivované reakce bílkoviny,[4] organické polovodiče,[5] elektroluminiscenční konjugované polymery a nanoribbon rezistory.[6] Deprotekce z funkční skupiny[7] (někdy zahrnuje a teplotní přechody[8]) a snížení z oxid grafenu[9] bylo prokázáno. The smáčivost a polymer povrch v nanoměřítku[1][10] byl upraven a nanostruktury z poly (p-fenylenvinylen) (an elektroluminiscence konjugovaný polymer).[11] Šablony v nanoměřítku na polymerní fólie pro montáž nanoobjektů jako např bílkoviny a DNA byly také vytvořeny[12] a krystalizace feroelektrických keramika s hustoty skladování až 213 Gb / in2 byly vyrobeny.[13]

Použití materiálu, který může podstoupit několik chemických reakcí při výrazně odlišných teplotách, by mohlo vést k multi-state systém, přičemž různé funkce lze řešit při různých teplotách.[Citace je zapotřebí ]

Srovnání s jinými litografickými technikami

Termomechanické litografie skenovací sondy se spoléhá na použití pořadí tepla a síly k vytvoření prohlubní pro účely vzorování (viz také: Paměť stonožky ). Litografie termosnímací sondy (t-SPL) se specializuje na odstraňování materiálu ze substrátu bez úmyslu chemicky změnit vytvořenou topografii. Místní oxidační nanolitografie spoléhá na oxidační reakce ve vodě meniskus kolem hrotu sondy.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C R. Szoszkiewicz; T. Okada; S. C. Jones; T.-D. Li; W. P. King; S. R. Marder a E. Riedo (2007). "Vysokorychlostní termochemická nanolitografie s velikostí sub 15 nm". Nano Lett. 7 (4): 1064–1069. Bibcode:2007 NanoL ... 7.1064S. doi:10.1021 / nl070300f. PMID  17385937.
  2. ^ Eoin O'Carroll (7. srpna 2013). "'Mini Lisa ': Vědci z Georgia Tech vytvářejí nejmenší reprodukci da Vinci na světě “. Christian Science Monitor. Citováno 8. srpna 2013.
  3. ^ Carroll, A.K. G.; Wang, D .; Kodali, V .; Scrimgeour, J .; King, W .; Marder, S .; Riedo, E .; Curtis, J. (2013). "Výroba chemických přechodů v nanoměřítku s ThermoChemicalNanoLithography". Langmuir. 29 (27): 8675–8682. doi:10.1021 / la400996w. PMID  23751047.
  4. ^ Martínez, Ramsés V .; Martínez, Javier; Chiesa, Marco; Garcia, Ricardo; Coronado, Eugenio; Pinilla-Cienfuegos, Elena; Tatay, Sergio (2010). "Rozsáhlá nanopatterning jednotlivých proteinů používaných jako nosiče magnetických nanočástic". Pokročilé materiály. 22 (5): 588–591. doi:10.1002 / adma.200902568. hdl:10261/45215. PMID  20217754.
  5. ^ Fenwick, Oliver; Bozec, Laurent; Credgington, Dan; Hammiche, Azzedine; Lazzerini, Giovanni Mattia; Silberberg, Yaron R .; Cacialli, Franco (říjen 2009). "Termochemická nanopatternování organických polovodičů". Přírodní nanotechnologie. 4 (10): 664–668. Bibcode:2009NatNa ... 4..664F. doi:10.1038 / nnano.2009.254. ISSN  1748-3387. PMID  19809458.
  6. ^ Shaw, Joseph E .; Stavrinou, Paul N .; Anthopoulos, Thomas D. (2013). „Vzorování nanostrukturovaných pentacenových tranzistorů na vyžádání skenováním termální litografie“ (PDF). Pokročilé materiály. 25 (4): 552–558. doi:10.1002 / adma.201202877. hdl:10044/1/19476. PMID  23138983.
  7. ^ Wang, Debin; Kodali, Vamsi K .; Underwood Ii, William D .; Jarvholm, Jonas E .; Okada, Takashi; Jones, Simon C .; Rumi, mariacristina; Dai, Zhenting; King, William P .; Marder, Seth R .; Curtis, Jennifer E .; Riedo, Elisa (2009). „Thermochemical Nanolithography of Multifunctional Nanotemplates for Assembling Nano-Objects - Wang - 2009“. Pokročilé funkční materiály. 19 (23): 3696–3702. doi:10.1002 / adfm.200901057.
  8. ^ Carroll, Keith M .; Giordano, Anthony J .; Wang, Debin; Kodali, Vamsi K .; Scrimgeour, Jan; King, William P .; Marder, Seth R .; Riedo, Elisa; Curtis, Jennifer E. (9. července 2013). "Výroba chemických gradientů v nanoměřítku s ThermoChemical NanoLithography". Langmuir. 29 (27): 8675–8682. doi:10.1021 / la400996w. ISSN  0743-7463. PMID  23751047.
  9. ^ Wei, Zhongqing; Wang, Debin; Kim, Suenne; Kim, Soo-Young; Hu, Yike; Yakes, Michael K .; Laracuente, Arnaldo R .; Dai, Zhenting; Marder, Seth R. (2010). "Nastavitelná redukce oxidu grafenu v grafickém měřítku pro grafenovou elektroniku". Věda. 328 (5984): 1373–1376. Bibcode:2010Sci ... 328.1373W. CiteSeerX  10.1.1.635.6671. doi:10.1126 / science.1188119. ISSN  0036-8075. PMID  20538944.
  10. ^ D. Wang; T. Okada; R. Szoszkiewicz; S. C. Jones; M. Lucas; J. Lee; W. P. King; S. R. Marder; E. Riedo (2007). "Lokální modifikace smáčivosti termochemickou nanolitografií s možností zápisu, čtení a přepisu". Appl. Phys. Lett. 91 (24): 243104. Bibcode:2007ApPhL..91x3104W. doi:10.1063/1.2816401.
  11. ^ Wang, Debin; Kim, Suenne; II, William D. Underwood; Giordano, Anthony J .; Henderson, Clifford L .; Dai, Zhenting; King, William P .; Marder, Seth R .; Riedo, Elisa (07.12.2009). "Přímé psaní a charakterizace poly (p-fenylenvinylenových) nanostruktur". Aplikovaná fyzikální písmena. 95 (23): 233108. Bibcode:2009ApPhL..95w3108W. doi:10.1063/1.3271178. ISSN  0003-6951.
  12. ^ D. Wang; et al. (2009). „Termochemická nanolitografie multifunkčních nanotemplátů pro sestavování nanoobjektů“. Adv. Funct. Mater. 19 (23): 3696–3702. doi:10.1002 / adfm.200901057.
  13. ^ Kim, Suenne; Bastani, Yaser; Lu, Haidong; King, William P .; Marder, Seth; Sandhage, Kenneth H .; Gruverman, Alexei; Riedo, Elisa; Bassiri-Gharb, Nazanin (2011). „Přímá výroba libovolných feroelektrických nanostruktur na plastových, skleněných a křemíkových substrátech“. Pokročilé materiály. 23: n / a. doi:10.1002 / adma.201101991. PMID  21766356.

externí odkazy